【知识点详解】
1. 氯气的实验室制备与性质
在实验一中,氯气通过MnO2与浓盐酸反应制得,这是典型的实验室制备氯气的方法。反应的离子方程式为:
\( MnO_2 + 4H^+ + 2Cl^- \rightarrow Mn^{2+} + Cl_2↑ + 2H_2O \)
装置B中,由于氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,所以溶液会变为黄绿色。
2. 氯气的吸收与氯酸钾的生成
装置C中,氯气被KOH溶液吸收,生成氯酸钾(KClO3)和氯化钾(KCl)。氯酸钾的产率与氯气的吸收效率有关,因此滴加浓盐酸的速率应控制得慢,以确保氯气充分反应。如果B和C的位置互换,可能不利于氯气被KOH溶液充分吸收,因为氯气会在B中与水反应,减少到达C中的氯气量,降低氯酸钾的产率。
3. 饱和氯水的含量测定
使用滴定法测定氯元素含量,首先需准确量取25.00 mL氯水,这里使用的是精确的滴定管,可能是25 mL滴定管。操作②的目的是通过过量的SO2将氯水中的Cl2转化为可测定形式。棕色滴定管用于防止AgNO3溶液见光分解。滴定终点时,消耗的AgNO3溶液体积可以通过滴定曲线(表中数据)读取,最终确定氯元素的含量。
4. 氯的含氧酸盐的制备
工业上ClO2可以转化为NaClO2固体以方便储存和运输。通入空气是为了排尽ClO2,使其完全被吸收。吸收器中生成NaClO2的反应是ClO2与H2O2反应生成ClO2-、O2和H+。制备过程中包括过滤、洗涤和干燥等步骤。
5. 卤素单质及其化合物的相似性和递变性
KIO3的化学名称是碘酸钾。在制备KIO3的工艺流程中,“酸化反应”后需通过某种方法“逐Cl2”,这通常涉及到气体的逸出或分离。滤液中的主要溶质可能是未反应的KH(IO3)2和KCl。调节pH时,可能涉及酸碱中和反应,例如使用碱性物质将溶液调整到合适的pH值。
6. 电解法制备KIO3
电解过程中,阴极发生还原反应,可能的电极反应式是H+得到电子生成氢气,即\( 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \)。阳离子交换膜主要允许K+通过,从阳极到阴极移动。与“KClO3氧化法”相比,电解法的主要不足可能包括能源消耗大、可能产生有害副产物或者过程复杂等。
7. 氯气的制备和性质实验探究
制备氯气时,装二氧化锰的仪器是研钵,反应方程式为\( MnO_2 + 4HCl(浓) \rightarrow MnCl_2 + Cl_2↑ + 2H_2O \)。检验气密性的方法通常包括关闭活塞,观察水位是否上升或液柱是否保持一段时间不变。当氯气被1.7 mol·L-1的NaOH溶液完全吸收后,溶液pH=13,说明溶液显强碱性。ClO-和ClO3-的物质的量浓度之比为5:1,意味着Cl2在不同氧化态之间分配,这与氧化还原反应有关。
这些知识点涵盖了氯及其化合物的制备、性质、含量测定、工业应用以及卤族元素的化学特性,适用于高中化学的学习和复习。